紅外熱像儀PT100傳感器探測器分類和發(fā)展簡史
紅外熱像儀PT100傳感器探測器分類和發(fā)展簡史
紅外熱像儀探測器分類和發(fā)展簡史-熱釋電紅外探測器
研究發(fā)現(xiàn)，部分晶體（如硫酸三甘肽、鈮酸鍶鋇等）沿某一特定的方向切割成薄片，并在兩表面制作電極形成平板電容后，當(dāng)晶體溫度發(fā)生變化時，電容兩端將產(chǎn)生電壓。這種當(dāng)材料表面溫度發(fā)生變化后，因材料自發(fā)極化而在材料表面釋放出電荷的現(xiàn)象稱為熱釋電效應(yīng)[6]。如果將該電容器上接上負(fù)載電阻，則會產(chǎn)生熱釋電電流根據(jù)熱釋電效應(yīng)設(shè)計的紅外探測器就是熱釋電紅外探測器濕度傳感器探頭, 不銹鋼電熱管, PT100傳感器, 流體電磁閥,鑄鋁加熱器,加熱圈。熱釋電材料僅在溫度變化時才產(chǎn)生響應(yīng)電流，這是熱釋電探測器區(qū)別于其他熱敏紅外探測器（如微測輻射熱計、熱電堆）的重要標(biāo)志。這個特點(diǎn)也決定了熱釋電紅外探測器必須在斬波器協(xié)助下才能正常工作。如果不使用斬波器，除非場景中有活動目標(biāo)，否則熱釋電電荷將自動消散，場景圖像將漸隱。不過增加斬波器后，整個紅外成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)將變得復(fù)雜。
熱釋電材料可分為三類：單晶熱釋電、陶瓷熱釋電和薄膜熱釋電。在眾多熱釋電材料中，BST（鈦酸鍶鋇，BaxSr1-xTiO3）陶瓷材料是目前研究得*成熟也是*成功的一種熱釋電陶瓷材料。TI（后并入Raytheon）公司推出的245×328BST鐵電陶瓷焦平面已形成產(chǎn)品，像元尺寸48.5μm×48.5μm，NETD（噪聲等效溫差，NoiseEquivalentTemperature Difference）優(yōu)于0.8K，展示樣品的NETD優(yōu)于47 mK。
不過，由于鐵電陶瓷焦平面的制作工藝與標(biāo)準(zhǔn)大規(guī)模硅集成電路工藝不兼容，因此焦平面制造成本較高。此外，陶瓷混合集成熱釋電焦平面的性能已經(jīng)接近理論極限，因此自20世紀(jì)90年代中期以來，在美國國防預(yù)研局的資助下，Raython公司轉(zhuǎn)而研究單片集成式薄膜熱釋電紅外焦平面陣列，并取得了較大進(jìn)展，目前，Raytheon公司利用PLZT（鋯鈦酸鉛鑭，Pb1-xLax(ZryTi1-y)O3）熱釋電薄膜已經(jīng)成功制造出320×240單片式熱釋電焦平面陣列，陣列的NETD優(yōu)于90mK。
熱釋電紅外探測器是目前熱探測器中的佼佼者，這種探測器除具有一般熱探測器點(diǎn)，如寬光譜響應(yīng)、室溫工作等優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下特殊優(yōu)點(diǎn)：
1)探測器輸出信號與靈敏元溫度變化率成正比，而與**溫度無關(guān)，因而無需自身的熱平衡，響應(yīng)速度較快；2)熱釋電探測元本身可以作為一個濾波器，可以將一定量的噪聲旁路分離掉，噪聲較小；3)電荷存儲具有積分特性，能存儲由瞬時信號釋放的總電荷，此時電
荷的測量取決于瞬時的總量；4)無需加偏壓，讀出電路設(shè)計簡單。不過由于熱釋電紅外探測器需要斬波器協(xié)助才能正常工作，因此與熱電堆、測輻射熱計比較而言，成像系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
